技术领域
[0001] 本
发明涉及手术
机器人技术领域，尤其涉及一种模拟医生手术操作的血管介入手术辅助装置遥控系统。
背景技术
[0002]
微创手术，是指利用现代医疗器械及相关设备，通过微小创口在人体内进行的手术。微创手术因其出血少、安全性高、术后恢复快等优点，在现代外科手术领域中占据了重要的地位，心血管介入手术正式其中重要的一类。在心
血管疾病发病率日渐提高的当下，心血管介入手术发挥着越来越重要的作用。
[0003] 在现代医疗条件下，医生常常需要直接操作
导管与
导丝，这会导致各种问题：医生长时间直接暴露在X光照射下，给医生的身体健康带来极大的
风险；医生需要亲临手术现场，在应对突发情况时往往需要在路途上耽误大量时间；长时间手术带来的手部颤抖等问题也会为手术带来不确定性。因此，手术机器人的使用正变得愈加广泛。
[0004] 然而，现有的手术辅助装置(通常称为手术机器人)仍旧存在许多问题和缺点，主要是采用了与医生原手动操作不同的模式，或者与医生手动操作采用的工具不同的工具，这导致医生需要进行专
门训练才能进行正确操作，但对于高资医生，这意味着以往长期积累的经验会成为掌握新操作方法的障碍，导致出现误操作和手术
质量下降等问题。
[0005] 目前，在血管介入手术辅助装置遥控系统主要是采用操纵杆形式，这和医生在血管介入是手术中用
手指对导管/导丝的直线推送及捻旋方式完全不同。
发明内容
[0006] 本发明旨在至少解决
现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种模拟医生手术操作的血管介入手术辅助装置遥控系统，实现远程遥控操作，使医生免受X
辐射，并且可以提高手术质量。
[0007] 根据本发明第一方面
实施例的模拟医生手术操作的血管介入手术辅助装置遥控系统，包括：
[0008] 进给运动装置，所述进给运动装置在拉动下进行直线运动，用于向所述
末端执行器发出直线运动信息；
[0009] 捻旋运动装置，所述捻旋运动装置固定在所述进给运动装置上，所述捻旋运动装置在捻动下进行旋转运动，向所述末端执行器发出旋转运动信息。
[0010] 根据本发明第一方面实施例的模拟医生手术操作的血管介入手术辅助装置遥控系统，采用远程遥控操作方法，即医生可以在
手术室外通过遥控系统的主操作台对患者进行手术。由此，医生可以免受X光辐射，保障医生自身的健康；同时，由于远程遥控的特点，医生可以跨地区进行手术，有利于提高偏远地区及医疗
水平落后地区的
治疗水平，节省了路途上的大量时间。由于该遥控系统是通过拉动和捻旋操作方式来控制末端执行器对导管/导丝进行直线推送和捻旋推送，与医生原手动操作方式的习惯相同，有利于提高手术质量。
[0011] 根据本发明第一方面的一个实施例，所述进给运动装置接收所述末端执行器发出的
力传感信息，并进行阻
力反馈，再现导管/导丝在血管中所受到的直线运动阻力；所述捻旋运动模
块接收所述末端执行器发出的扭力传感信息，并进行扭力反馈，再现导管/导丝在血管中受到的旋转运动阻力。
[0012] 根据本发明第一方面进一步的实施例，所述进给运动装置包括直线运动器和滑动平台，所述滑动平台设置在所述直线运动器上，所述捻旋运动装置固定在所述滑动平台上，其中，所述直线运动器向所述末端执行器发出直线运动信息，并且还接收所述末端执行器发出的力传感信息并进行阻力反馈。
[0013] 根据本发明第一方面再进一步的实施例，所述直线运动器包括传动组件、第一旋转
电机和第一旋转检测
编码器，所述传动组件为
同步带传动组件或滚珠
丝杠传动组件，所述滑动平台设置在所述同步带传动组件或所述滚珠丝杠传动组件上；所述第一旋转电机与所述同步带传动组件中的同步轮或所述滚珠丝杠传动组件中的丝杠相连，所述第一旋转电机向接收所述末端执行器发出的力传感信息并进行阻力反馈；所述第一旋转检测编码器设置在所述同步带传动组件中的同步轮上或所述滚珠丝杠传动组件中的丝杠上，用于检测所述同步轮的转动信息或所述丝杠的转动信息，进而推算得出滑动平台的直线运动信息，并将直线运动信息发送给所述末端执行器。
[0014] 根据本发明第一方面再进一步的实施例，所述直线运动器包括直线电机和位移
传感器，所述直线电机接收所述末端执行器发出的力传感信息并进行阻力反馈；所述直线电机包括
定子和相对于定子作直线运动的动子，所述滑动平台设置在所述动子上，所述位移传感器设置在所述动子上，用于检测所述动子的直线运动信息，并将直线运动信息发送给所述末端执行器。
[0015] 根据本发明第一方面的一个实施例，所述捻旋运动装置包括第二旋转电机、第二旋转检测编码器和操作
手柄，所述第二旋转电机和第二旋转检测编码器分别设置在所述操作手柄的两端，所述第二旋转检测编码器用于检测所述操作手柄的旋转运动信息，并将旋转运动信息发送给所述末端执行器；所述第二旋转电机接收所述末端执行器发出的扭力传感信息，并进行扭力反馈。
[0016] 根据本发明第一方面进一步的实施例，所述捻旋运动装置还包括力传感器与导电环组件，所述第二旋转电机与所述操作手柄的一端通过所述力传感器与导电环组件连接，所述力传感器与导电环组件用于检测所述操作手柄上的力信息、扭力信息，并分别发送给所述直线运动器和第二旋转电机，形成反馈控制。
[0017] 根据本发明第一方面再进一步的实施例，所述捻旋运动装置还包括第一
支架、第二支架和
联轴器，所述第一支架和所述第二支架沿所述滑动平动的直线运动方向间隔设置，且一端固定在所述滑动平台上，所述第二旋转电机的
输出轴通过所述力传感器与导电环组件与所述操作手柄的一端相连，且所述第二旋转电机固定在所述第一支架的另一端；所述第二旋转检测编码器通过所述联轴器与所述操作手柄的另一端连接，且所述第二旋转检测编码器固定在所述第二支架的另一端上。
[0018] 根据本发明第一方面的一个实施例，还包括工作模式转换界面，所述工作模式转换界面包括操作对象选择区和操作模式选择区，所述操作对象选择区包括导管键和导丝键，所述操作模式选择区包括进入无力反馈工作模式的模式一键、进入力反馈工作模式的模式二键和进入阻力补偿力反馈工作模式的模式三键。
[0019] 本发明还提供一种血管介入手术辅助装置。
[0020] 根据本发明第二方面实施例的血管介入手术辅助装置，包括：
[0021] 遥控系统，所述遥控系统为根据本发明第一方面任意一个实施例的模拟医生手术操作的血管介入手术辅助装置遥控系统，所述遥控系统用于向所述末端执行器发送指令，以对所述末端执行器进行控制；末端执行器，所述末端执行器对所述指令进行响应，执行相应操作，并对在血管中运动的导管/导丝受力和运动情况进行检测，并将所述受力和运动情况传回所述遥控系统，所述遥控系统对所述受力情况进行再现。根据力
信号，
驱动电机可直接阻止操作，只有反向运动才能解
锁。
[0022] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0023] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0024] 图1是本发明第一方面实施例的模拟医生手术操作的血管介入手术辅助装置遥控系统的结构示意图。
[0025] 图2是本发明第一方面实施例的模拟医生手术操作的血管介入手术辅助装置遥控系统的工作模式转换界面的示意图。
[0026] 附图标记：
[0027] 遥控系统1000
[0028] 进给运动装置1
[0029] 直线运动器11 同步带传动组件111 同步带11101
[0030] 第一同步轮11102 第二同步轮11103
[0031] 第一旋转电机112 第一旋转检测编码器113
[0032] 滑动平台12
[0033] 捻旋运动装置2
[0034] 第二旋转电机21 第二旋转检测编码器22 操作手柄23
[0035] 力传感器与导电环组件24 第一支架25 第二支架26 联轴器27
[0036] 工作模式转换界面3
[0037] 导管键31 导丝键32 模式一键33 模式二键34 模式三键35
具体实施方式
[0039] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0040] 下面参考图1至图2来描述根据本发明第一方面实施例的模拟医生手术操作的血管介入手术辅助装置遥控系统1000。
[0041] 如图1和图2所示，根据本发明第一方面实施例的模拟医生手术操作的血管介入手术辅助装置遥控系统1000，包括进给运动装置1和捻旋运动装置2，进给运动装置1在拉动下进行直线运动，用于向末端执行器发出直线运动信息；捻旋运动装置2固定在进给运动装置1上，捻旋运动装置2在捻动下进行旋转运动，向末端执行器发出旋转运动信息。
[0042] 根据本发明第一方面实施例的模拟医生手术操作的血管介入手术辅助装置遥控系统1000，采用远程的操作方法，即医生可以在手术室外通过遥控系统1000的主操作台对患者进行手术。由此，医生可以免受X光辐射，保障医生自身的健康；同时，由于远程遥控的特点，医生可以跨地区进行手术，有利于提高偏远地区及医疗水平落后地区的治疗水平，节省了路途上的大量时间。由于该遥控系统是通过拉动和捻旋操作方式来控制末端执行器对导管/导丝进行直线推送和捻旋推送，与医生原手动操作方式的习惯相同，有利于提高手术质量。
[0043] 根据本发明第一方面的一个实施例，进给运动装置1接收末端执行器发出的力传感信息，并进行阻力反馈，再现导管/导丝在血管中所受到的直线运动阻力；捻旋运动装置2接收末端执行器发出的扭力传感信息，并进行扭力反馈，再现导管/导丝在血管中受到的旋转运动阻力。由此，通过进给运动装置1的阻力反馈和捻旋运动装置2的扭力反馈功能，可以进行反馈控制，可以完全再现直接操纵导管及导丝的情景，使医生可以应用已经有的经验，避免思维模式转换，这样不经过长时间的训练便能熟练操作遥控系统1000的主操作台，降低了对医生的要求，有利于提高手术操作的准确性和手术质量。根据本发明第一方面的进一步的实施例，进给运动装置1包括直线运动器11和滑动平台12，滑动平台12设置在直线运动器11上，捻旋运动装置2固定在滑动平台12上，其中，直线运动器11向末端执行器发出直线运动信息，并且还接收末端执行器发出的力传感信息并进行阻力反馈。由此，可以再现导管/导丝在血管中所受到的直线运动阻力。这里，需要说明一下，捻旋运动装置2固定在滑动平台12上，也就是说，二者可以一起运动。
[0044] 根据本发明第一方面再进一步的实施例，直线运动器11包括传动组件、第一旋转电机112和第一旋转检测编码器113，传动组件为同步带传动组件111或滚珠丝杠传动组件，滑动平台12设置在同步带传动组件111或滚珠丝杠传动组件上；第一旋转电机112与同步带传动组件111中的同步轮或滚珠丝杠传动组件中的丝杠相连，第一旋转电机112向接收末端执行器发出的力传感信息并进行阻力反馈；第一旋转检测编码器113设置在同步带传动组件111中的同步轮上或滚珠丝杠传动组件中的丝杠上，用于检测同步轮的转动信息或丝杠的转动信息，进而推算得出滑动平台12的直线运动信息，并将直线运动信息发送给末端执行器。由此，通过第一旋转电机112接受末端执行器发出的力传感信息并进行阻力反馈，可以再现导管/导丝在血管中所受到的直线运动阻力。
[0045] 根据本发明第一方面再进一步的实施例，直线运动器11包括直线电机和位移传感器，直线电机接收末端执行器发出的力传感信息并进行阻力反馈；直线电机包括定子和相对于定子作直线运动的动子，滑动平台12设置在动子上，位移传感器设置在动子上，用于检测动子的直线运动信息，并将直线运动信息发送给末端执行器。由此，通过直线电机接收末端执行器发出的力传感信息并进行阻力反馈，可以再现导管/导丝在血管中所受到的直线运动阻力。
[0046] 根据本发明第一方面的一个实施例，捻旋运动装置2包括第二旋转电机21、第二旋转检测编码器22和操作手柄23，第二旋转电机21和第二旋转检测编码器22分别设置在操作手柄23的两端，第二旋转检测编码器22用于检测操作手柄23的旋转运动信息，并将旋转运动信息发送给末端执行器；第二旋转电机21接收末端执行器发出的扭力传感信息，并进行扭力反馈。由此，医生通过操作手柄23，使得捻旋运动装置2或/和进给运动装置1运动，使得捻旋运动装置2在捻旋运动下，第二旋转检测编码器22检测到手柄的旋转运动信息，并将旋转运动信息发送给末端执行器，以使末端执行器控制导管/导丝的旋转运动；或/和使得进给运动装置1在拉动下向末端执行器发出直线运动信息，以使末端执行器控制导管/导丝的直线运动。通过第二旋转电机21收末端执行器发出的扭力传感信息，并进行扭力反馈，再现导管/导丝在血管中所受到的旋转运动阻力。
[0047] 根据本发明第一方面进一步的实施例，捻旋运动装置2还包括力传感器与导电环组件24，第二旋转电机21与操作手柄23的一端通过力传感器与导电环组件24连接，力传感器与导电环组件24用于检测操作手柄23上的力信息、扭力信息，并分别发送给直线运动器11和第二旋转电机21，形成反馈控制，用于消除遥控系统1000各处阻力带来的影响。
[0048] 根据本发明第一方面再进一步的实施例，捻旋运动装置2还包括第一支架25、第二支架26和联轴器27，第一支架25和第二支架26沿滑动平动的直线运动方向间隔设置，且一端固定在滑动平台12上，第二旋转电机21的输出轴通过力传感器与导电环组件24与操作手柄23的一端相连，且第二旋转电机21固定在第一支架25的另一端；第二旋转检测编码器22通过联轴器27与操作手柄23的另一端连接，且第二旋转检测编码器22固定在第二支架26的另一端上。由此，通过在滑动平台12上固定设置第一支架25和第二支架26，可以
支撑操作手柄23、第二旋转电机21、第二旋转检测编码器22和力传感器与导电环组件24等部件，安装方便。同时，通过联轴器27将第二旋转电机21与操作手柄23连接起来，安装方便。
[0049] 根据本发明第一方面的一个实施例，还包括工作模式转换界面3，工作模式转换界面3包括操作对象选择区和操作模式选择区，操作对象选择区包括导管键31和导丝键32及对应的指示灯，操作模式选择区包括进入无力反馈工作模式的模式一键33、进入力反馈工作模式的模式二键34和进入阻力补偿力反馈工作模式的模式三键35及对应的指示灯。通过设置工作模式转换界面3，方便医生手术操作。
[0050] 下面就本发明第一方面的一个具体实施例的模拟医生手术操作的血管介入手术辅助装置遥控系统1000进行详细介绍。该模拟医生手术操作的血管介入手术辅助装置遥控系统1000中的进给运动装置内11采用同步带传动组件111，相比采用滚珠丝杠传动组件，超声较低；相比采用直线电机方案，成本较低。
[0051] 如图1和图2所示，模拟医生手术操作的血管介入手术辅助装置遥控系统1000包括进给运动装置1、捻旋运动装置2、工作模式转换界面3和机架4。
[0052] 如图1所示，进给运动装置1包括第一旋转电机112、同步带11101、第一同步轮11102、第二同步轮11103、第一旋转检测编码器113和滑动平台12。第一同步轮11102和第二同步轮11103安装在机架4上，同步带11101套设在第一同步轮11102和第二同步轮11103外，且同步带11101套与第一同步轮11102和第二同步轮11103发生相对滑动，由此，同步带
11101、第一同步轮11102和第二同步轮11103组成同步带传动组件111。滑动平台12固定在同步带11101的上表面上，可随同步带11101一起运动。第一旋转电机112和第一旋转检测编码器113分别与第一同步轮11102的两端连接，并且均固定在机架4上。第一旋转电机112用于接收末端执行器发出的力传感信号以对第一同步轮11102进行反馈控制。第一旋转检测编码器113用于检测第一同步轮11102的运动信息进而推算得到滑动平台12的直线运动信息，并将直线运动信息发送给末端执信器。
[0053] 捻旋运动装置2包括第一支架25、第二支架26、第二旋转电机21，第二旋转检测编码器22、操作手柄23、力传感器与导电环组件24和联轴器27。第一支架25和第二支架26沿滑动平动的直线运动方向间隔设置，且一端固定在滑动平台12上。第二旋转电机21的输出轴通过力传感器与导电环组件24与操作手柄23的一端相连，且第二旋转电机21固定在第一支架25的另一端上。第二旋转检测编码器22通过联轴器27与操作手柄23的另一端连接，且第二旋转检测编码器22固定在第二支架26的另一端上。第二旋转电机21用于接收末端执行器发出的扭力传感信息，并对操作手柄23进行反馈控制。第二旋转检测编码器22用于检测操作手柄23的旋转运动信息，并将旋转运动信息发送给末端执行器。
[0054] 需要说明一下，滑动平台12上的两端分别带有行程
开关。当行程开关碰触到进给运动装置1端点时，操作界面指示灯亮起，提醒此刻是否需要将导管/导丝向回方向拉动，如果不需要将导管/导丝向回方向拉动，则直接拉动操作手柄23返回到原点；如果需要将导管/导丝向回方向拉动，则按下操作界面指示灯，再拉动操作手柄23向后运动以带动导管/导丝向回来的方向运动。
[0055] 如图2所示，工作模式转换界面3包括操作对象选择区和操作模式选择区，操作对象选择区包括导管键31和导丝键32及对应的指示灯，操作模式选择区包括进入无力反馈工作模式的模式一键33、进入力反馈工作模式的模式二键34和进入阻力补偿力反馈工作模式的模式三键35及对应的指示灯。
[0056] 下面详细介绍一下模拟医生手术操作的血管介入手术辅助装置遥控系统1000工作过程。
[0057] 遥控系统1000工作时，先在操作对象选择区选择操作对象，并按导管键31、导丝键32中的任意一个或两个，相应的指示灯亮起，并且开始向末端执行器发送操作导管或导丝，或导管导丝同时操作的指令。再在操作模式选择区选择工作模式。
[0058] 若按下模式一键33，对应的指示灯亮起，进入无力反馈工作模式，工作过程为：由医生手部控制操作手柄23的直线运动及旋转运动；操作手柄23通过联轴器27带动第二旋转检测编码器22的轴转动，第二旋转检测编码器22检测操作手柄23的旋转运动信息，并发送给末端执行器。操作手柄23通过第一支架25和第二支架26带动滑动平台12作直线运动，进而带动套在第一同步轮11102和第二同步轮11103外的同步带11101运动，最终带动第一同步轮11102，第一旋转检测编码器113检测第一同步轮11102的旋转运动信息，并发送给末端执行器；此时，第一旋转电机112，第二旋转电机21以及力传感器与导电环组件24不工作。
[0059] 若按下模式二键34，对应的指示灯亮起，进入力反馈工作模式，除上述无力反馈工作模式的工作过程外，末端执行器将检测到的操作对象上的力传感信息和扭力传感信息相应地发送给第一旋转电机112和第二旋转电机21。第二旋转电机21将扭力传感信息通过第二旋转电机21的输出轴传给操作手柄23，以对操作手柄23进行反馈控制，第一旋转电机112将力传感信息通过第一同步轮11102传给同步带11101，进而通过滑动平台12、第一支架25和第二支架26传给操作手柄23，而操作手柄23上的扭力和力最终作用于医生手部，让医生手部感受到来自末端执行器真实的力信号，完成力
触觉反馈，还原真实操作的手感。此时，只有力传感器与导电环组件24不工作。
[0060] 若按下模式三键35，对应指示灯亮起，进入阻力补偿反馈工作模式，除上述力反馈工作模式的工作过程外，力传感器与导电换组件检测操作手柄23上的力信息和扭力信息，并分别发送给第一旋转电机112和第二旋转电机21构成反馈控制，用于消除遥控系统1000各处阻力带来的影响。
[0061] 根据本发明第二方面实施例的血管介入手术辅助装置，包括遥控系统1000和末端执行器，其中，遥控系统1000为根据本发明第一方面任意一个实施例的模拟医生手术操作的血管介入手术辅助装置遥控系统1000，遥控系统1000用于向末端执行器发送指令，以对末端执行器进行控制；末端执行器对指令进行响应，执行相应操作，并对在血管中运动的导管/导丝受力和运动情况进行检测，并将受力和运动情况传回遥控系统1000，遥控系统1000对受力情况进行再现。根据力信号，驱动电机如第一旋转电机112和第二旋转电机21、或直线电机和第二旋转电机21可以直接阻止操作，只有第一旋转电机112和第二旋转电机21、或直线电机和第二旋转电机21反向运动才能解锁。
[0062] 在本
说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0063] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、
修改、替换和变型，本发明的范围由
权利要求及其等同物限定。
